Blockchain: Was ist das?

Die Blockchain hat im Finanzbereich, insbesondere durch Bitcoin und andere Kryptowährungen, viel Aufmerksamkeit gewonnen. Aber auch in anderen Bereichen findet die Technologie zunehmend Anwendung, da die Speicherung von Daten als sicher und schwer manipulierbar gilt. Im Folgenden sollen ihre Funktionsweise näher beleuchtet und Potenziale benannt werden. 

In einer Blockchain werden Daten gespeichert, bei ihr handelt es sich dementsprechend um eine Datenbank. Was die Blockchain jedoch einzigartig macht, ist nicht nur die Art, sondern auch der Ort der Datenspeicherung.

Während Daten bei herkömmlichen zentralen Servern gespeichert werden, erfolgt die Datenspeicherung in einer Blockchain dezentral auf voneinander unabhängigen Computern. Die Daten werden durch Transaktionen verändert (z.B. das Guthaben des Empfängers erhöht und des Senders verringert sich). Diese Transaktionen werden in Blöcken gespeichert, die miteinander verknüpft eine Kette bilden. Dadurch bietet die Blockchain einen innovativen und vor allem sicheren Weg, Daten im Netz zu speichern und weiterzugeben. Dadurch werden Missbrauchspotenzial und Sicherheitsrisiken deutlich verringert.

Blockchains basieren auf der Distributed-Ledger-Technolgie (DLT), die ein öffentliches Hauptbuch oder Kassabuch (im Englischen als „open ledger“ bezeichnet) darstellt, in der Informationen im Netz verteilt gespeichert werden. Die Daten sind dann nicht auf einem zentralen Server, der einem Unternehmen oder einer Person gehört, zu finden, sondern vollkommen dezentral organisiert. Der revolutionäre Charakter einer Blockchain ist somit die Art und Weise, wie und wo Informationen gespeichert und weitergegeben werden. 

Wie funktioniert die Speicherung der Daten aber genau? Sobald eine Transaktion im Netz getätigt wird, öffnet sich ein Block in der zugehörigen Blockchain und die Daten zu dieser Transaktion werden in diesem Block kryptografisch gespeichert. Blockchains liegt ein kryptografisches Verschlüsselungsverfahren mittels Algorithmen zugrunde, sodass die Daten einer Blockchain auf den ersten Blick keinen Sinn ergeben und nicht entschlüsselt werden können.

Jeder Block verfügt zudem nur über eine gewisse Speicherkapazität. Ist also ein Block voll, werden neu eingegangene Informationen in einem neuen Block gespeichert, der an den vorherigen Block angehängt wird. Mit steigender Anzahl an Transaktionen formt sich mit der Zeit eine lange Kette an Informationen. Als zusätzliche Sicherheitsmerkmale enthält jeder Block immer zwei Informationen: die Historie des vorherigen Blocks mittels einer Art Quersumme und die Prüfsumme der gesamten Blockchain. Gespeichert werden die Informationen parallel auf zahlreichen, voneinander unabhängigen Computern, die Teil dieses Netzes sind. 

Mit ihrer dezentralen Eigenschaft erreicht die Blockchain hohe Sicherheitsstandards und schützt vor Angriffen. Im Wesentlichen verfolgt die Technologie folgende Ziele:

• Höhere Sicherheit durch Dezentralisierung
• Pseudonymität der Nutzenden
• Hohe Verfügbarkeit und geringe Störanfälligkeit
• Automatisierte und schnelle Abwicklungen
• Interoperabilität mit anderen Blockchains oder Systemen

Blockchains basieren auf der Distributed-Ledger-Technologie (DLT), bei der es sich um ein öffentliches Hauptbuch (oder auch Kassabuch, im Englischen: „open ledger”) handelt. In diesem Hauptbuch werden Informationen dezentral im Netzwerk gespeichert. Im Gegensatz zu herkömmlichen zentralen Servern, die von einem Unternehmen oder einer Person kontrolliert werden, sind die Daten in einer Blockchain auf viele unabhängige Computer verteilt. Das revolutionäre Potenzial der Blockchain liegt in einer dezentralen Organisation, die eine neue, sichere Art der Speicherung und Weitergabe von Informationen ermöglicht.

Das heißt: Sobald eine Transaktion ins Netz gesendet wird, wird sie in einem Block gespeichert. Die Transaktionen in den Blöcken definieren, wie die Daten auf jedem Knoten des Netzwerks geändert werden.

Jeder Block in einer Blockchain hat eine begrenzte Speicherkapazität. Sobald ein Block voll ist, werden neue Transaktionen in einem weiteren Block gespeichert, der nahtlos an den vorherigen Block angehängt wird. So entsteht mit der Zeit eine wachsende Kette von Transaktionen. Jeder Block enthält zur Sicherheit zwei wesentliche Informationen: 

• Die erste Prüfsumme bezieht sich auf den vorherigen Block, die zweite Prüfsumme auf den aktuellen Block. 
• Durch das Inkludieren der Prüfsumme der vorherigen Blocks in die Prüfsumme des aktuellen Blocks sichert die letztere Prüfsumme beide Blöcke ab. 
• Da das Gleiche auch für den vorherigen Block und seinen Vorgänger gilt, sichert die Prüfsumme des aktuellen Blocks alle Vorgängerblöcke ab.

Jeder Block wird versiegelt durch Algorithmen wie Proof of Work (eine schwer zu findende Zahl, durch welche die Prüfsumme klein wird), oder Proof of Stake (Signaturen mehrerer Teilnehmer, deren Kryptowährungen als Pfand dienen). Die nachträgliche Manipulation bestehender Blöcke wird dadurch erschwert, dass alle nachfolgenden Blöcke ebenfalls neu versiegelt werden müssten.

• eine Art Prüfsumme, die auf den vorherigen Block verweist, 
• und eine Gesamtsumme, die die Integrität der gesamten Blockchain sicherstellt. 

Die Blockchain-Technologie ermöglicht Peer-to-peer-Transaktionen, die als sicher gelten. Dank der Blockchain können somit Finanztransaktionen im Netz getätigt werden, ohne dass sich die User*innen, welche die Transaktion abschließen, vertrauen müssen. Finanztransaktionen können somit direkt im Netz durchgeführt werden, ohne auf Zwischeninstanzen angewiesen zu sein – ein völlig neuer Ansatz, da sonst ein Intermediär wie eine Bank notwendig war. 

Es gilt: Je mehr Knoten ein Blockchain-Netzwerk hat, desto sicherer wird sie. Gleichzeitig führt dies jedoch zu einem erhöhten Speicherbedarf.

Vor allem Sicherheitsaspekte sprechen für die Nutzung von Blockchains. Daneben weist die Technologie weitere Vorteile auf:

• Dezentralisierung sorgt für hohe Sicherheit und Stabilität, da Daten auf mehreren öffentlichen Datenbanken gespeichert werden.
• Transparenz für alle Teilnehmenden, da sämtliche Transaktionen nachvollzogen werden können (ohne Identitäten oder andere persönliche Informationen preiszugeben).
• Unveränderbarkeit aller jemals gespeicherten Transaktionen, die somit nicht manipuliert werden können. Das ist nur unter speziellen Bedingungen möglich (siehe Nachteile von Blockchain).
• Automatisierung dank Smart Contracts, die in der Blockchain gespeichert sind, um automatisch Bedingungen zu prüfen und Transaktionen entsprechend abzuschließen.

Auch wenn die Blockchain in den letzten Jahren zahlreiche Einsatzmöglichkeiten gefunden hat und stetig optimiert wird, muss sich die Technologie noch einigen Herausforderungen stellen:

• Hoher Speicheraufwand, da eine Blockchain mit jeder Transaktion wächst. Das macht sie zwar sicherer, stellt aber gleichzeitig die Frage, wo die Grenze für eine Blockchain liegt und welche Transaktionen darin wirklich sinnvoll gespeichert werden können.
• Hoher Energieaufwand aufgrund der erheblichen Menge an Rechenleistung. Besonders Blockchains, die einen Konsensmechanismus wie Proof of Work nutzen (beispielsweise Bitcoin).
• Unter Umständen zeitintensive Prozesse aufgrund von dem Mining neuer Blöcke. Dies kann die Effizienz von Anwendungen und Dienstleistungen, welche die Blockchain verwenden, negativ beeinflussen.
• Keine totale Manipulationssicherheit aufgrund sogenannter 51%-Angriffe. Damit eine Blockchain um neue Blöcke erweitert wird, müssen sogenannte Miner (User*innen mit leistungsstarker Hardware) jene Blöcke schürfen. Wenn 51% der Miner die Kontrolle über ein Blockchain-Netzwerk übernehmen, sind Manipulationen möglich. Aufgrund der dezentralen Struktur von Blockchains ist ein solcher Angriff jedoch schwer durchführbar, zudem sinkt das Risiko solcher Angriffe bei größeren Blockchains erheblich. 
• Die komplexe Technologie erfordert spezielles Wissen und kann die Implementierung und Verwaltung erschweren.
• Regulatorische Unsicherheiten aufgrund von uneinheitlichen Rahmenbedingungen oder mangelnder Regulierung. Zudem entstehen besonders im Finanzbereich Schlupflöcher für Betrug (beispielsweise der FTX-Skandal).
• Langsame Abwicklung: Die Blockchain ist im Vergleich zu herkömmlichen (zentralisierten) Systemen eher langsam.

Die Anwendbarkeit von Blockchains befindet sich derzeit noch in der Entwicklung und unterliegt ständigen Verbesserungen, besonders hinsichtlich Konsensmechanismen, Skalierungstechnologien und Sicherheitsprotokollen. 

Bisher haben sich Blockchains weitestgehend im Einsatz von Finanztransaktionen etabliert und Zahlungen vereinfacht.

Wie funktioniert Blockchain bei der Kryptowährung Bitcoin?

Wer Blockchain hört, denkt oft sofort an Bitcoin – und das aus gutem Grund. Die Blockchain-Technologie wurde ursprünglich für die Bitcoin Kryptowährung entwickelt, um sichere und transparente Transaktionen zwischen Personen ohne Zwischenhändler zu ermöglichen. Bitcoin gilt als vertrauenswürdig, da die Verwaltung nicht durch eine zentrale Instanz, sondern durch ein globales Peer-to-Peer-Netzwerk erfolgt. Die vollständige Bitcoin-Blockchain wird auf allen Rechnern des Netzwerks gespeichert und kontinuierlich aktualisiert.

Weitere Blockchain-Anwendungen in verschiedenen Branchen

Da in Blockchains theoretisch alle Arten von Daten gespeichert werden können, finden sich Anwender auch aus vielen anderen Bereichen

• Carrefour: Das französische Einzelhandelsunternehmen nutzt Blockchains, um seine Kund*innen über den Ursprung seiner Produkte aufzuklären. Mittels eines QR-Codes können Käufer*innen die Lieferkette zurückverfolgen.
• FDA (Food and Drug Administration): Ähnlich nutzt die US-amerikanische FDA die Technologie, um die Lebensmittelverteilung und -sicherheit in den USA zu verbessern. Für die Blockchain-Plattform, welche die Lieferkette rückverfolgbar und transparenter macht, arbeitet die FDA mit IBM, KPMG, Merck und Walmart zusammen.
• Ford: Der Autohersteller nutzt Blockchain-Technologie für die Rückverfolgung von verwendeten Materialien und dessen Herkunft in der Autoproduktion (insbesondere Kobalt, das oft unter menschenrechtsverletzenden und umweltschädlichen Bedingungen abgebaut wird). Zudem testet Ford die Blockchain-Technologie im Rahmen von Geofencing, um die Luftqualität in Städten zu verbessern.
• DHL: DHL nutzt die Technologie in Zusammenarbeit mit Accenture ebenfalls für die Rückverfolgbarkeit der Lieferkette und dem Vermeiden von Manipulationen. Zudem kann der globale Handel beschleunigt, logistische Abläufe vereinfacht und Einsparungen erzielt werden, indem versendete Artikel eindeutig identifiziert und doppelte Zölle und Steuern vermieden werden.
• Shell: Wie auch Konkurrenten BP und Equinor nutzt Shell die VAKT-Blockchain, um Lieferketten nachvollziehen zu können. Zudem erarbeitet sie zusammen mit der Macquarie Group eine Plattform, die den Rohölhandel effizienter gestalten soll.
• Unilever: Ebenso setzt Unilever die Blockchain-Technologie ein, um Tee-Lieferketten transparent zu gestalten.
• Siemens: Das Industrie- und Technologie-Unternehmen ist aktiv in der Unterstützung der Rückverfolgbarkeit von Lieferketten in der Nahrungs- und Genussmittelindustrie.
• VISA: Der Zahlungsdienstleister hat früh eine Blockchain-Technologie implementiert, um sein Angebot an B2B-Zahlungsmöglichkeiten zu erweitern.

Bisher nimmt die Blockchain-Technologie Einfluss auf Finanztransaktionen, vor allem in Form des Krypto-Markts. Hier besteht weiterhin enormes Wachstumspotenzial, aber auch auf anderen Branchen wirkt die Technologie attraktiv und findet Anwendungsversuche.

Langfristig wird die Bewältigung der aktuellen Herausforderungen entscheidend dafür sein, ob sich die Blockchain-Technologie durchsetzen und als digitale Innovation Erfolg haben kann. Der hohe Energieverbrauch der Blockchain braucht effizientere Methoden, um sie schneller und vor allen Dingen umweltfreundlicher zu gestalten. Auch regulatorisch benötigen Blockchain-Technologien klarere Rahmenbedingungen. Hier kann aber auf die Entwicklung von Bitcoin geschaut werden: Die Währung findet dank stärkerer Regulierung immer breitere Akzeptanz, zuletzt wurden auch Bitcoin-ETFs eingeführt.

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